1. 研究目的与意义
在石油化工、涂料、喷涂、印刷、粘合剂生产、油墨、半导体及电子产品制造、人造板与木制家具制造、皮革、精细化工等行列的工业生产中会排放出大量的甲苯废气。据报道，每年甲苯的总排放量可达到2万吨/年。甲苯废气对人体健康和环境的影响在我国也日益受到关注。根据甲苯废气处理的技术思路，一般可分为消除法和回收法两种。当甲苯物质含量较高时，消除法成本高，处理后的废气不仅难达标排放，而且浪费了甲苯等有价值的资源。回收法则是以资源回收为理念，尽可能回收废气中的甲苯，达到环境治理和资源节约的目的。由于液体吸收法具有吸收效果好、设备简便、原料经济、可循环利用等优点，是甲苯废气，尤其是高浓度甲苯废气治理的发展方向。
2. 国内外研究现状分析
vocs 处理有两种方法，一是将废气中的 vocs 消除（如：热氧化、催化氧化、等离子体氧化、生物降解、光降解等方法），二是从废气中分离 vocs（如：冷凝、膜分离、吸附、吸收等方法），分离出的 vocs 经过相关方法处理可回收有机溶剂，实现资源的再利用。
燃烧法是通过燃烧的方式破坏 vocs，所发生的化学作用主要是燃烧氧化作用及高温下的热分解，燃烧后产物主要是 co2和 h2o。因此，这种方法只能适用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的有害物质。对化工、喷漆、绝缘材料等行业的生产装置中所排出的有机废气，可采用燃烧净化技术。由于 vocs燃烧会产生大量的热，使排气的温度很高，因此燃烧法可以回收热能而降低一部分运行成本。燃烧法包括直接燃烧、热力燃烧与催化燃烧。直接燃烧也称为直接火焰燃烧，它是把废气中可燃的有害组分当作燃料直接燃烧。热力燃烧是通过辅助燃料的燃烧，把温度提高到燃烧所需的温度，使其中的气体污染物进行氧化（曹秋伟等，2013）。催化燃烧法是在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化为 co2和 h2o，达到治理的目的（曹秋伟等，2013）。
光催化氧化技术是近年来发展起来的一项先进有机废气处理工艺。其原理是利用紫外光照射锐晶型纳米二氧化钛颗粒等催化剂所激发电子跃迁能量，催化氧化环境中存在的有机气态污染物，将有机物氧化成co2和h2o及无机小分子物质。近年来有大量相关文献，并在实际应用方面取得了实质性进展（李琳，1995；ardizzone et al., 2008；kibanova et al., 2009；廖志琼，2014）。该项技术的优点体现在：（1）可快速降解vocs，特别是芳香族等难降解有机废气去除效果明显（2）氧化彻底，最终产物是二氧化碳和水，不会产生二次污染物；（3）可同时降解生物污染物，对几乎所有的细菌、病毒起到强效分解作用（廖志琼，2014）。低温等离子体技术是在外加电场的作用下，通过介质放电产生大量高能粒子，高能粒子与有机污染物分子发生一系列复杂的化学反应，从而将有机污染物降解为无毒无害物质的过程（余正贤，2009）。由于低温等离子体中存在很多电子、离子、活性基和激发态分子等有极高化学活性的粒子，使很多需要很高活化能的化学反应能够发生，使常规方法难以去除的污染物得以转化或分解（王承智等，2006）。气体放电产生等离子体技术的主要方式有：电晕放电、辉光放电、介质阻挡放电、滑动电弧放电及射流放电，其中在大气污染治理方面主要是介质阻挡放电和脉冲电晕放电（王承智等，2006）。低温等离子体技术具有投资少、占地面积较小、副产物少、处理时间短等特点，目前广泛应用与脱硫与脱硝。而应用于脱除vocs方面，主要限于苯和甲苯等少部分气体（张贵剑等，2015）。等离子体技术与光催化技术结合，可提高降解效果，同时解决了光催化技术的一些问题，并且还使低温等离子体技术得到了优化，使其操作条件更加温和，能耗进一步降低，处理过程中的副产物也得到了抑制（胡睿，2014），显示出良好的发展前景。低温等离子体和光催化技术的有效结合需要进一步研究，如：反应器结构、光催化剂及其载体、电源以及放电材料等方面都需技术提升（胡睿，2014；施耀等，2015）。可以预测，在不久的将来，低温等离子体技术在处理vocs废气将发挥更大的作用。
3. 研究的基本内容与计划
以含甲苯和n2为模拟废气从塔底进入吸收塔，与从塔顶喷淋而下的溶剂逆流充分接触，吸收塔顶气体为净化的n2，吸收塔塔底液体为含甲苯的富溶剂；富溶剂从塔底进入蒸馏塔，甲苯由塔顶采出，溶剂由塔底采出，经冷却降温后进入吸收塔内循环使用。
以聚乙二醇二甲醚（nhd）及其复合溶剂为吸收剂，首先通过吸收实验确定吸收塔在一定溶剂喷淋量下的液泛气速，接着考察液气比、温度、溶剂含水量、溶剂甲苯含量等因素对甲苯回收率的影响，得出适宜的吸收工艺条件，最后对吸收液进行蒸馏再生，确定最佳再生工艺，使得溶剂达到循环使用的条件。
要求：①测定吸收塔填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在一定液体喷淋量下的液泛气速；②考察液气比、温度、溶剂含水量、溶剂甲苯含量等因素对甲苯回收率的影响，确定最优吸收工艺条件。
4. 研究创新点
本研究以NHD作吸收剂来吸收处理浓度约为6000mg/m3的工业有机废气，利用Aspen Plus软件对吸收过程进行理论模拟，模拟数据确立吸收条件。然后通过控制变量法进行进一步模拟，分别探究了液气比、温度、进气浓度、操作压力、理论塔板数等因素对甲苯吸收率的影响，根据模拟数据指导并通过具体实验最终确定了吸收的最佳工艺条件，利用确立的最佳工艺条件，进行三次重现性实验，同时通过比较实验所得的吸收最佳工艺条件与Aspen Plus软件模拟出来的结果，证明Aspen Plus软件模拟方法是合理可靠的。
为了模拟工厂中真实的富液再生效果，实验中在新鲜的NHD添加一定量的水和甲苯来充当吸收剂的富液，并实验研究吸收剂中的甲苯含量和水含量对吸收效果的影响。利用Aspen Plus软件模拟吸收富液解吸过程，模拟数据确立再生温度。然后通过控制变量法进行进一步模拟，分别探究了解吸温度和解吸压力对富液解吸率以及水含量的影响，根据模拟数据指导并通过具体实验最终确定了解吸过程最佳工艺条件。利用确立的解吸最佳工艺条件，进行三次重现性实验，在该条件下经过解吸后贫液的吸收性能得到了很好的提升。同时通过比较实验所得的富液解吸工艺条件与软件模拟出来的结果，证明Aspen Plus软件模拟方法是合理可靠的，为实验指明了方向，对实验指导意义。最后对吸收剂经过吸收-解吸-吸收的循环实验后，考察循环次数对吸收效果的影响。
